冬季放牧場與夏季放牧場草地土壤理化性質分析

李 娜 李春利 韓國棟

摘要對內蒙古荒漠草原區短花針茅草原冬季放牧場與夏季放牧場土壤理化性質的研究表明:在夏季放牧場上,隨著牧壓的增強,土壤容重(0~5cm)和表面硬度增大,孔隙度減小;土壤含水量、全氮、全磷、速效磷和有機質含量降低,而速效鉀含量增加;在冬季放牧場上,除了硬度和容重反常外,其他各項指標都處于夏季放牧場的420m樣地和0m樣地之間。

關鍵詞牧壓;土壤理化性質;內蒙古荒漠草原區

中圖分類號S812.97;S151.9文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)08-0178-02

植被是干旱半干旱地區土壤的“綠色保護膜”,土壤的發生發育和肥力的提高很大程度上取決于生物因子,尤其是植被的狀況。在草原生態系統中,“土-草-畜”是相互聯系不可分離的矛盾統一體。隨著畜牧業生產的發展,牲畜頭數逐年增多,草地家畜放牧壓力逐漸加大,致使草地出現不同程度的退化。國內外學者對草地退化的研究多以植被的變化及其狀況為依據,并作為評價草地退化的標準,但缺少草地退化與土壤性質相關關系的研究。本研究通過對家庭牧場冬季放牧場與夏季放牧場草地土壤理化性質的測定,旨在了解和掌握不同季節放牧對土壤理化性質的影響,為草地退化評價提供土壤方面的數量指標。

1試驗區的自然條件

1.1試驗地的自然概況

試驗地位于內蒙古自治區烏蘭察布盟四子王旗王府五隊,地處北緯41°46′35″,東經112°01′50″,海拔1 450m。屬于典型的大陸性氣候,春季干旱多風,夏季炎熱,≥10℃的年積溫為2 200~2500℃,年均降雨量280mm,濕潤度0.15~0.30,降雨量主要集中在5~8月,月平均溫度最高為6~8月,無霜期175d。土壤為淡栗鈣土。

1.2試驗草地類型

草地類型為短花針茅+冷蒿+無芒隱子草荒漠草原,建群種為短花針茅(Stipabreviflora Griseb.),優勢種為冷蒿(Ar-temisia frigid Willd.)、無芒隱子草(Cleistogenes songorica Ohwi.)。主要伴生種有銀灰旋花(Convolvulus ammannii Desr.)、阿爾泰狗娃花(Hetropappus altaicus(Willd.)Novepokr.)、櫛葉蒿(Ar-temisia pectinata Pall.)、木地膚(Kochia prostrata(L.)Schrad.),草地出現了一定程度的退化。

2研究方法

2.1樣地的選擇

試驗區位于居民點附近,為了研究短花針茅草原土壤和植被動態,對放牧場進行定期觀測取樣,采取限定隨機取樣法(胡自治,1998)。放牧場地形開闊平坦,通過實地調查,同時詢問當地牧民,確認家畜放牧路線,選定牧壓梯度,以牧戶端為牧壓最強地段,向牧場遠處牧壓逐漸減弱(楊利民等,1999;李永宏等,1993),沿家畜放牧路線由近及遠設置樣地。在樣地內隨機設置3條樣線,作為試驗重復。每條樣線在不同的放牧壓梯度上分別設置3個圍籠,梯度是利用7月末3條樣線上植被來劃分的,即在3條樣線上間隔相等距離(20m)測量植被的密度、蓋度、重量,算出重要值。重要值=(相對密度+相對蓋度+相對重量)/3。利用SAS中的逐步聚類分析(FASTCLUS)將樣地明顯的分為2個梯度,即0~420m為放牧較嚴重地段(稱其為0m樣地),植被主要以短花針茅為建群種,以冷蒿為優勢種,以阿爾泰狗娃花、櫛葉蒿、木地膚為主要伴生種。>420m為放牧較輕地段(稱其為420m樣地),植被主要以短花針茅為建群種、無芒隱子草為優勢種,阿氏旋花為主要伴生種。冬季放牧地(WG)位于居民點的南面。樣地選擇及規劃見圖1。

2.2測定方法

試驗開始后,6~9月每月在處理草地上利用土鉆取樣,在每個梯度中的每條樣線的每個籠子附近分別取樣,取樣深度為0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm,烘干法(110℃烘8h)測定土壤含水量;用環刀法(V=100cm)測定土壤表層(0~5cm)容重;用TR-III硬度計測表面硬度。

7月末8月初分別在冬季放牧場(WG)和夏季放牧場(0m樣地、420m樣地)上用土鉆按0~10cm、10~20cm 2層取樣,在冬季放牧場上隨機取樣,在0m樣地、420m樣地上在每條樣線每個籠子附近分別取樣,然后混合帶回試驗室風干后(過0.15mm篩子)用作土壤養分分析。

土壤全氮用凱氏定氮法;土壤全磷用NaOH熔融鉬銻抗比色法;土壤速效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提鉬銻抗比色法;土壤速效鉀用1mol/L NH4AC浸提火焰光度法;土壤有機質用重鎘酸鉀容量法-外加熱法。

3結果與分析

3.1不同放牧強度對土壤含水量的影響

試驗結果表明(表1),放牧影響草地土壤表層含水量(0~10cm)。7月和8月,土壤表層(0~10cm)的含水量,夏季放牧場上的420m樣地分別與0m樣地和冬季放牧場(WG)有顯著性差異(P<0.05),到9月,420m樣地與0m樣地無顯著性差異,而與冬季放牧場(WG)具有顯著性差異(P<0.05),且0~10cm含水量總的影響趨勢是420m樣地>0m樣地>WG樣地。即冬季含水量最低,一方面,因為草地枯草可以降低土壤水分的蒸發,但冬季放牧使放牧場上枯枝落葉減少,從而影響了土壤的含水量;另一方面,與土壤的質地有關,冬季放牧場草地土壤所含砂粒較高,所以其蓄水力較弱,水分很容易滲透。從表2可以看出,冬季放牧場0~20cm土層(除8月外)含水量比0~10cm土層含水量高,而且砂質土壤中的水分易蒸發,所以表層含水量較低。而夏季放牧場是隨著放牧強度的增加而降低,這是由于放牧強度增加,牲畜啃食與踐踏強度加大,表層土壤容重與硬度都相應增大。直接影響了土壤團聚體的形成與數量,其分散系數相應增大,導致總空隙度減小,因而水分含量也相應減少。但是在冬季放牧場上硬度較小,并且6~9月與420m樣地、0m樣地都具有顯著性差異(P<0.05),這可能是由于冬季牧民牲畜頭數減少及枯草植被對土壤具有緩沖作用而引起的;還可能由于冬季土壤凍結,春季土壤融化復蘇,所以冬季放牧對土壤的硬度影響不大。冬季放牧場容重應較小,但實際容重很大,并且6~8月與420m樣地具有顯著性差異,而與0m樣地無顯著性差異(P<0.05)。這說明與放牧場土壤質地密切相關,因為冬季放牧場土壤含砂量大,所以其孔隙粗大,但數目較小,總的孔隙容積較小,所以容重較大。放牧對10~20cm土層含水量的影響與0~10cm是一致的,而對20~30cm和30~40cm土壤含水量不如0~10cm、10~20cm顯著,多數情況下各處理間差異不顯著(P<0.05),但總的影響趨勢420m樣地>0m樣地>WG樣地。

3.2對土壤養分的影響

3.2.1土壤全量養分的影響。土壤全量養分的多少是評價土壤肥力高低的主要指標。土壤有機質的多寡不但影響土壤的供肥性能,即土壤中全氮的95%和全磷的40%~60%來源于土壤有機質,同時也間接影響和改變土壤的物理性狀(土壤容量、結構及孔隙度)。從表3可以看出,各處理間無顯著性差異(P<0.05),但可以看出在夏季放牧場上,隨著放牧強度的增加,0~20cm土壤有機質明顯減少,表明牧壓強度增加,牲畜啃食對土壤的踐踏增加,促使植物莖上不定根分蘗增強,土壤根跡微生物活動亦加強。土壤礦化與養分釋放過程加劇,與之相應的全氮含量亦明顯減少,但均未達到顯著程度(P<0.05)。表明0m樣地牧草利用強度大,牧草需要消耗大量的營養成分。而0~20cm全磷含量在夏季放牧場上隨著放牧強度的增加而降低,10~20cm土壤全磷含量低于0-10cm土層,且WG樣地、420m樣地分別與0m樣地具有顯著性差異,而WG樣地與420m樣地無顯著性差異(P<0.05),這說明冬季放牧對土壤全磷幾乎無影響,而在夏季,隨著放牧強度的增加,家畜頻繁采食使磷從系統中輸出增加,引起土壤中全磷的組分向速效成分的轉移量增大,通過植物吸收后轉向系統外輸出,從而導致土壤全磷和速效磷含量減少。

3.2.2對土壤速效養分的影響。土壤速效養分的變化,反映了土壤現實供肥能力。從表4可以看出,在夏季放牧場上,隨著放牧強度的增加,0~20cm速效磷明顯降低,并且隨著深度的增加土壤速效磷含量明顯下降,而0~10cm冬季放牧場(WG樣地)速效磷含量大于夏季放牧場2個梯度,即WG樣地>420m樣地>0m樣地,但各處理間無顯著性差異(P<0.05),這說明無論冬季放牧還是夏季放牧對土壤速效磷的影響不大,其主要受當地的土壤類型和氣侯條件影響。

土壤速效性鉀是水溶性鉀和交換性鉀的總和,其中交換性鉀占95%,水溶性鉀占極少部分。通常用1mol/L NH4AC法測定速效鉀結果的評價標準是:供鉀水平極低(K<30mg/kg)、供鉀水平中等(30~60mg/kg)、供鉀水平高(100~160mg/kg)和供鉀水平極高(K>160mg/kg)。按照上述標準,夏季放牧場和冬季放牧場0~10cm土壤的供鉀能力極高(表4),草地土壤不缺鉀。冬季放牧場(WG樣地)0~10cm土層土壤速效鉀含量介于夏季放牧場中420m樣地與0m樣地之間,但與420m樣地和0m樣地都無顯著性差異,而420m樣地和0m樣地之間具有顯著性差異(P<0.05),說明在夏季放牧場上隨著放牧強度的增加,土壤速效鉀含量升高,而10~20cm土層土壤速效鉀含量變化不如0~10cm土層顯著,含量也比0~10cm低的多,說明不論冬季放牧還是夏季放牧對土壤表層速效鉀的影響較大。造成速效鉀含量隨放牧強度增加的原因是放牧家畜排泄的糞便中含有大量的鉀,高強度放牧地單位面積家畜頭數多,所以通過糞便排泄到草地上的鉀量也相應較大。而冬季放牧場土壤速效鉀含量介于夏季放牧場的2個梯度之間,即0m樣地>WG樣地>420m樣地,可能有2個原因:一是冬季放牧的牲畜頭數少;二是冬季在草地上放牧時間相對較短。

4結論

(1)冬夏季放牧都影響土壤表層(0~10cm)含水量,土壤質地對含水量的影響也很大;在夏季放牧場上隨著放牧強度的增加,土壤含水量降低。

(2)冬季放牧對草地土壤的表面硬度和土壤表層(0~5cm)容重影響較小,主要是與放牧時間及土壤質地有關;夏季放牧是隨著放牧強度的增加,土壤表面硬度和表層(0~5cm)容重增大。

(3)冬夏季放牧土壤全氮含量(0~20cm)和有機質含量(0~10cm)總體變化趨勢是420m樣地>WG樣地>0m樣地,但各處理間均未達到顯著性差異(P<0.05);全磷含量(0~20cm)是冬季放牧場(WG樣地)和夏季放牧場的420m樣地均與夏季放牧場的0m樣地具有顯著性差異(P<0.05),且總體變化趨勢是420m樣地>WG樣地>0m樣地。

(4)冬夏季放牧土壤速效磷含量(0~20cm)都較高,且各處理間無顯著性差異(P<0.05),說明放牧對速效磷的影響不大,主要受當地土壤類型和氣侯條件的影響;冬夏季放牧土壤供鉀能力極高草地土壤不缺鉀,且夏季放牧場隨著放牧強度的增加表層(0~10cm)含鉀量升高,420m樣地與0m樣地具有顯著性差異,而冬夏季放牧場間無顯著性差異(P<0.05)。

(5)通過冬夏季放牧對土壤理化性質的影響,冬季放牧對草地的影響要比夏季放牧中0m樣地放牧效果好,比輕度放牧差。

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